一种新的适用于工业余热回收的蒸汽型热泵的实验研究

摘要

余热资源被一些学者称作是继煤、石油、天然气和水力之后的第五大常规能源，在我国的工业生产中，能源利用率普遍低于国外的先进水平，这在一定程度上是因为余热资源的巨大浪费。针对工业余热及用热的现状，本文提出一种适用于工业余热回收的新型蒸汽型热泵系统，并对该热泵系统进行了实验研究。该系统由一台蒸汽压缩型高温热泵和一台喷射式热泵组成。作者在喷射式热泵的试验研究中，以300℃，3.5MPa的过热蒸汽作为工作蒸汽，引射压力为0.20-0.22MPa的闪蒸蒸汽，并生产出饱和温度在160℃左右的过热水蒸汽供工业生产的利用，喷射系数最大为0.39。喷射式热泵的最大效率出现在设计工况 PH=0.22MPa， PC=0.6MPa，最大值为0.31。离设计工况越远，引射器的效率越低。通过与蒸汽压缩型高温热泵的结合，整个系统能够回收80℃工业废水中的余热，并为工业生产提供饱和温度约160℃的水蒸汽，其最佳工况的 COP为1.19。利用这种蒸汽型热泵系统所产的压缩蒸汽作为化工行业重沸器的加热介质，相较于原加热方式节省28％的高压蒸汽，耗电量仅占节约总热量的34.8%。本文在实验的基础上，通过理论分析讨论了在工业生产，尤其是工业余热利用中利用这种形式的热泵所能达到的节能效果。对于相同的引射蒸汽压力，该热泵系统的节能效果随压缩蒸汽饱和温度的下降而升高。当压缩蒸汽饱和温度为140℃时，利用该热泵系统最高可节约50%的高温高压蒸汽，节能效果显著。

目录

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第1章 绪论

1.1 工业能源利用现状

1.2 工业余热回收技术研究背景

1.3 本文研究目的

第2章 喷射热泵理论与方案设计

2.1 喷射式热泵原理及背景

2.2 蒸汽压缩型热泵原理及背景

2.3 新型热泵系统设计方案

2.4 本章小结

第3章 实验系统设计建设及实验内容

3.1 喷射式热泵可达到喷射系数的计算

3.2气体引射器设计及实验模型

3.3 本章小结

第4章 实验结果分析

4.1气体引射器工作范围测试结果

4.2 稳定工况实验结果分析

4.3系统COP与引射和压缩蒸汽压力的关系

4.4 本章小结

第5章 蒸汽型热泵系统应用前景分析

5.1不同应用工况下的系统COP1+2

5.2热泵系统节能效果

第6章 总结与展望

6.1实验结果总结

6.2实验过程的有待改进之处

6.3展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢